佳作推荐|迄今最全面的人类肠道噬菌体数据库发布

本期带来一篇近日发表在Cell上的佳作，该研究整合了迄今为止最全面最完整的人类肠道噬菌体基因组数据库高质量、大规模的噬菌体基因组对后续病毒组学的研究方向产生了重要影响。

精彩的数据分析、流畅的研究思路，一起来欣赏这份研究盛宴吧

Massive expansion of human gut bacteriophage diversity

人肠道噬菌体多样性的认知大规模拓展

 作者：Luis F. Camarillo-Guerrero 等

时间：2021.02.18

期刊：Cell

影响因子：38.637

文章摘要

噬菌体可促进生态适应的基因流网络来推动细菌群落的进化，但目前人肠道病毒多样性的程度仍然未知。在本研究通过对来自全球的28060份人肠道宏基因组数据和2898种肠道细菌基因组的深度分析和挖掘，共发现超过14万种病毒基因组。而流行病学分析发现有 280个病毒集群（VCs）分布在全球五大洲，并且存在一种高度流行的具有p-crAssphage特征的噬菌体。本研究得到的高质量和大规模的噬菌体基因组可影响后续病毒组学的研究方向。

主要内容

1.肠道噬菌体数据库（GPD）的建立

本研究针对来自全球的28060份宏基因组和2898个肠道细菌基因组数据分析其中噬菌体序列，依托VirFinder和VirSorter有效筛选了4500万个contig。同时通过“machine-learning approach”过滤可移动遗传元件（MGE），并利用基因密度和假想蛋白质分数来区分质粒和整合性接合元件(ICE)中的噬菌体从而提高序列集的质量，最终通过95%的ANI值进行序列过滤，最终得到142809个肠道噬菌体序列（图1）。

图1.建立人肠道噬菌体序列数据库

2.人类生活方式与全球肠道噬菌体分布相关

针对GDP种的28060个噬菌体基因组进行分析，通过计算样本间Jaccard距离发现北美、欧洲和亚洲的噬菌体组成与非洲和南美样本显著差异。推测人体肠道噬菌体的组成模式与人类生活方式差异息息相关，例如城市化进程可能会导致不同人群肠道噬菌体组成的差异（图2）。而人体肠道微生物群落中的细菌组成会影响噬菌体组成，普氏菌科细菌（Prevotellaceae bacteria）在生活在农村的人体肠道中更为常见，而拟杆菌类细菌（Bacteroides）在生活在城市  的人体肠道中更为常见，基于噬菌体的宿主溯源数据发现，非洲和南美宏基因组样本中Prevotellaceae 家族的比例明显高于北美、欧洲、亚洲和澳大利亚；相反，拟杆菌噬菌体在北美、欧洲、亚洲和澳大利亚的人肠道微生物群中明显更为普遍。

图2.肠道噬菌体的全球分布

 3.肠道噬菌体在全球的分布模式

基于肠道噬菌体组成与肠道细菌息息相关，因此推测VCs在全球的流行与细菌之间存在强烈相关性。分析发现crASS家族具有明显的全球分布模式，而进一步分析得到280个至少在五大洲中发现的VCS。在这280个VCs中，有119个属于尾病毒目，其中有10个属于短尾噬菌体科、28个属于肌尾噬菌体科和43个长尾噬菌体科。

全球分布的VCs-细菌网络图中显示，普雷沃菌属与37个VCs密切相关，其次粪杆菌属和罗斯氏菌属（图3）。虽然存在12个全球分布的crASS家族的VCs，但网络图显示只有拟杆菌科作为其中6个VCs的宿主。同时还发现全球分布的噬菌体比在单一大陆发现的噬菌体分类跨度更大，说明VCs的宿主范围广泛有助于它们在人类中流行。

图3.全球肠道噬菌体及其宿主分布网络图

 总 结

本研究整合了迄今为止最为全面和完整的人类肠道噬菌体基因组数据库，与目前已有的其他噬菌体数据库可进行有效互补，并且此数据库可为后续的人类病毒组学分析奠定更好的基础和提供不同的研究方向。

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